【基础】ARM芯片上电取第一条指令流程

转载：ARM上电启动及Uboot代码分析

网上关于ARM的bootloader（以Uboot为例）的启动顺序的资料有好多，但是对于Uboot的地址映射、体系结构级操作介绍很少，都是直接开始Start.s代码的阅读。本文拟详细分析Uboot从上电，到第一条指令的执行，同时分析代码对于cache、TLB等部件的操作过程。

以下内容以u-boot-2012.04.01源码为例，从网上很容易下载该版本。

1 ARM上电取第一条指令流程
1.1 上电后的第一条指令在哪里？
首先明确：对于ARM芯片，启动时pc值由CPU设计者规定，不同的ARM CPU有不同的值，例如S3C2440芯片上电后PC值被硬件设计者规定为0x0；其他ARM芯片不一定是0x0。

第一章讲述的上电取第一条指令过程以S3C2440为例，该芯片是ARMv4T架构，其他芯片在原理上类似。

S3C2440的启动时读取的第一条指令是在内存0x00地址处，不管是从nand flash还是nor flash启动。

但是上电后内存中是没有数据的，那么0x00地址处的指令是如何放进去的？针对不同的flash（nandflash、norflash），操作方式是不同的，下面讲述从nandflash和norflash启动的不同流程。

1.1.1 norflash和nandflash的异同
nandflash：价格低，容量大，适合大容量数据存储，地址线和数据线共用I/O线，所有信息都通过一条线传送，类比于PC的硬盘，

norflash：价格贵，容量小，适合小容量的程序或数据存储，类似硬盘，但是能在其中运行程序；有独立地址线、数据线

sdram：主要用于程序执行时的程序存储、执行或计算，类比于PC的内存；

综上：norflash比较适合频繁随即读写的场合，通常用于存储代码并直接在其中运行。nandflash用于存储资料。

只要知道以上大概区别就行。以下说明ARM从两种flash启动方式的异同。

1.1.1.1 ARM从nandFlash启动
若从nandflash启动，上电后nandflash控制器自动把nandflash存储器中的0——4K内容加载到芯片内的起步石（Steppingstone，起步石这个机制是处理器中集成的功能，对程序员透明），即内部SRAM缓冲器中，同时把内部SRAM的起始地址设置为0x0（不同的CPU上电后的PC值不尽相同，对不同的CPU该值也不尽相同），然后把这段片内SRAM映射到nGCS0片选的空间，进而CPU开始从内部SRAM的0x0处开始取得第一条指令，该过程全部是硬件自动完成，不需要程序代码控制。

或许你有个疑问，为什么不能直接把nandflash映射到0x0地址处？非要经过内部SRAM缓冲？

答案是，nandflash根本没有地址线，没法直接映射，必须使用SRAM做一个载体，通过SRAM把剩余的nandflash代码（即剩余的uboot启动代码）复制到SDRAM中运行。

若想从nandflash启动，那么uboot最核心的代码必须放在前4k完成。这4k代码要完成ARM CPU的核心配置以及将剩余的代码拷贝到SDRAM中（若从norflash启动则没有4k这个大小的限制，但是还会在完成最主要的设置后进入SDRAM中运行）。

1.1.1.2 ARM从norflash启动
若从norflash启动，则norflash直接被映射到内存的0x0地址处（就是nGCS0，这里就不需要片内SRAM来辅助了，所以片内SRAM的起始地址不变，还是0x40000000），然后cpu从0x00000000开始执行（也就是在Norfalsh中执行）。

需要说明的是，uboot代码段（.text段）起始位置必须是与上电后PC值一致，即编译uboot时，TEXT_BASE宏必须设置成0x0 ，反汇编uboot文件后，文本段第一条指令的地址也是0.

总结：

1、从norflash还是从nandflash启动，是由ARM的OM1和OM0引脚组合决定

2、不管从norflash还是nandflash启动，S3C2440上电后的pc值为0x0

3、如果某芯片上电后PC值不是0x0，假如是0x38ff0000，那么从norflash启动时，硬件就要自动将其映射到0x38ff0000地址处；如果从nandflash启动，那么硬件就要自动将nandflash中的前4K内容加载到0x38ff0000地址处。

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